Способ определения отношения значений амплитуд квазисинусоидальных сигналов

(22) 06.12.9 ьскнй ин ШВ- СИквази Комитет Росси йскои о патентам и товар пз ОПИСАНИЕ вторскому свидетельству(54) СПОСОБ ОПРВДЕЛНИЯ ЗНАЧЕНИИ АМПНУСОИДАЛЬНЫХ СИГ(57) Изобретение отнмерения электрических сщихся по гармоннччастности, к способам опния значений амплитуд льство СССР Х1977. Жнлинскас отношения н их нтельной технике.5, с.37-46.ЕНИЯ ОТНО ЛИТУД КВАЗИ НАЛОВосится к области изнгналов, изменяюескому закону, вределения отноше(л) 8%3 (11) 1825190 (1 з) А 1 ных сигналов, частоты которых лекат в низкочастотном и инфранизкочастотном диапазонах, и моает быть использовано в частности, при обработке сейсмических сигналов, Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения отно- Оф шения амплитуд сщналов. В соответствии с решением поставленной задачи в дополнение к известным операциям производят сдвиг по фазе одного сигнала относительно другого и выделяют временный интервал, общий для двух сигналов на одном нз их полупериодов, такой, на котором не происходит изменения знака исследуемых сигналов, измерения мгновенных значений сигнала производят в момент времени, соответствующий половине выбранного временного интервала, 2 нл.МфИзобретение относится к области измерения параметров электрических сигналов, изменяющихся по гармоническому закону, е частности к способам определения отношений значений амплитуд кеазисинусоидальных сигналрв, частоты которых лежат в низкочастотном и инфранизкочастотном диапазонах, и может быть использовано, в частности, при обработке сейсмических сигналов. Источниками сигналов могут быть также явления механического, электрического, биологического характера, а также колебания, источниками которых являются различные физические поля,Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения отношения амплитуд сигналов.Цель в способе определения отношения значений амплитуд квазисинусоидальных сигналов, равных или близких по частоте, путем измерения двух мгновенных значений этих сигналов и определения модуля их отношения, достигается тем, что сдвигают по фазе один сигнал относительно другого таким образом, чтобы они не были в фазе или противофазе, выделяют временной интервал, общий для двух сигналов на одном из их полупериодов, такой, на котором не происходит изменения знака исследуемых сигналов, а измерения мгновенных значений сигналов проводят в момент времени, соответствующий половине выбранного временного интервала.Возможность реализации заявляемого способа поясняется чертежом, на котором представлены деа сдвинутых по фазе сигнала одинаковой частоты с длительностью полупериода Т: на фиг, 1 первый сиг 1 нал - в фазе с вторым сигналом; на фиг. 2 - 1 переый сигнал - в противофазе с вторым ф сигналом,Сигналы в фазе в противофазе имеют один общий интервал т е каждом из полупериодов, в пределах которого значения сигналов не меняют знак на противоположный, временной интервал т =Т - т со тветствует сдвигу фаз Л р. Сигнал с большей амплитудой имеет искажения в области экстремумов - квазисинусоидальный сигнал,На примере сигналов на фиг. 1 и 2 покажем возможность определения отношения амплитуд сигналов без непосредственного измерения этих амплитуд, что обеспечит измерение указанного отношения с минимальной погрешностью в случае искажения сигналов в области экстремумов.Для доказательства рассмотрим синусоидальные сигналы с амплитудами А и Аг.Отношение амплитуд сигналов К =А 1Агможно записать в видеп(И р )К =о 1А А я 1 п(ц 1, +у ) (1) в 1 п(ь 1 +р )при условии, что10 я 1 п(о 1 +гр )о г(2) 20А 1 ду сову +я 1 пу1 о оА 1 цр совр +81 гнр (3) Для упрощения выражения (3) приравняем нулю либо р 1, либо рг в зависимости от значения знака разности фаз, тогда после преобразования выражения (3) получим два выражения для разности фаз противоположного знака:Ая 1 пЬуК = -- совЬу + для у у1 А0 р гг о 35 1 А г А г(4) 40 Условие (2) с Учетом выражений (4) посленесложных преобразований можно записать в видеф" 81 пЬ 1 ркю о 1-СОБЬф (5) Правую часть выражения (5) можно преобразовать через функцию половинного аргумента, тогда получим следующие 50 соОтношенля1 у = с 1 я - = 1 я 90Ьр о Др:1 ц ---55Из выражения (6) следует, чтои 1У 1 (т )-о о о 2 Для упрощения последующих выкладок, с учетом равенства частот сигналов, 15положим в о = Ъ и найдем значение аргумента то, при котором будет выполняться условие (2)Проведем далее некоторые тригонометрические преобразования выражения (1):1825190 бы они не были в фазе или противофазе. выделяют временной интервал, общий для двух сигналов на одном иэ их полупериодов, такой, на котором не происходит изменения знака исследуемых сигналов, измерения мгновенных значений сигналов проводят 55 в момент времени, соответствующий половине выбранного временного интервала,а это означает, что условие (2) будет выполняться при измерении мгновенных значений сигналов в точке то, соответствующей половине выбранного временного интервала г. 5Естественно, что погрешность определения отношения амплитуд сигналов через измерение мгновенных значений сигналов в укаэанной точке в середине выбранного интервала и, соответственно, погрешность определения модуля их отношения будет минимальна в случае, если эти мгновенные значения будут выбраны в неискаженных частях сигналов.Для обеспечения этого условия сдвиг фаз Ьрвыбирают не произвольно, а таким образом, чтобы точка на середине временного интервала т, соответствующего этому сдвигу, проецировалась на неискаженные участки сигналов.20В этом случае погрешность измерения мгновенных значений сигналов будет обусловлена только аппаратурной погрешностью и не будет превышать 1, в то время как при искажении сигналов поуровню 0,7 25 погрешность измерения непосредственно амплитуд сигналов в способе-прототипе может достигать 30.Предлагаемый способ был практически реализован при калибровке измерительных каналов для сигналов, модулирующих сейсмические воздействия на частотах 0,5-2 Гц при искажении сигналов до 10 ф.Обработка сигналов осуществлялась с помощью компьютера, на экране дисплея которого представлялись оба сигнала. Оператор анализируя форму сигналов, видит в какой части полупериода наблюдаются искажения; высокочастотный бросок, ограничение по уровню, гармонические 40 искажения, - и выбирает такой фазовый сдвиг, чтобы в области середины интерваласигналы либо не имели искажений, либо имели минимально возможные искажения, при этом абсолютное значение фазового 45 Формула изобретенияСПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ ЗЙАЧЕНИИ АМПЛИТУД КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ. равных или близких по частоте, путем измерения двух мгновенных значений этих сигналов и определения модуля их отношения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения. сдвигают по фазе один сигнал относительно другого таким образом, чтосдвига значения не имеет, как не участвук 1- щее в определении искомого отношения. Дальнейшие операции по выбору момента, соответствующего середине интервала, измерению значений сигналов в этой точке и определению модуля их отношений проводятся в автоматическом режиме по программе, заложенной в компьютер,В частности, в моделируемом событии был осуществлен сдвиг сигналов Л р = 45 О, погрешность определения отношения амплитуд составила 1. Обработка сигналов проводилась с помощью компьютера 1 ВМ РС/РТ;При проведении физических экспериментов запись сигналов осуществляется в цифровой форме на магнитный носитель, После перезаписи реальной информации на дискету обработку сигналов осуществляют на компьютере как описано выше.Использование заявляемого способа особенно эффективно при анализе колебаний, имеющих невысокое соотношение сигнал/шум, или при анализе сигналов, близких по амплитуде к максимуму динамического диапазона измерительного канала и даже превышающих его на несколько децибел,Заявляемый способ может быть использован также для восстановления неизвестного значения амплитуды искаженного (ограниченного по уровню) сигнала с помощью определения отношения амплитуды большего (искаженного) сигнала к меньшему неискаженному сигналу с известной амплитудой, близкого по частоте к исследуемому. Такой вариант возникает в условиях, когда зарегистрирован сигнал больше, чем позволяет динамический диапазон датчика, или экспериментатор выбрал неправильно коэффициент усиления в канале. Возможность получить значение амплитуды информационного сигнала позволяет дать количественную оценку исследуемого процесса,1825190 Составитель Н. ЗайцТехред М.Моргентал едактор Е,Зубието ектор А. Козориз акэз 1 Тираж Подписн НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 Пр твенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10